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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung mit einer Heizung zum Heizen eines Abgasstroms in der Abgasbehandlungsvorrichtung. Zusätzlich ist in der Abgasbehandlungsvorrichtung eine Zufuhrstelle vorgesehen, an welcher ein Additiv in die Abgasbehandlungsvorrichtung zugegeben werden kann.
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Abgasbehandlungsvorrichtungen, in welche ein Additiv zur Abgasreinigung zugegeben wird, sind auch im Kraftfahrzeugbereich weit verbreitet. Ein Beispiel für solche Abgasbehandlungsvorrichtungen sind Abgasbehandlungsvorrichtung, in denen das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR-Verfahren, SCR = selective catalytic reduction] durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren werden Stickstoffoxidverbindungen im Abgas unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels (welches als Additiv dem Abgas zugeführt wird) gereinigt. Weitere Abgasbehandlungsvorrichtungen, denen ein Additiv zugeführt wird, sind Abgasbehandlungsvorrichtungen, in welche Kohlenwasserstoffe (insbesondere Kraftstoff) zugeführt wird, um auf einem Katalysator verbrannt zu werden und die Temperatur der Abgase zu erhöhen. So kann erreicht werden, dass bestimmte thermisch aktivierte Umsetzungsreaktionen in der Abgasbehandlungsvorrichtung (und insbesondere in Filtern) auftreten.
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Es hat sich herausgestellt, dass eine Heizung zum Heizen eines Abgasstroms durch Abgas und/oder Abgasbestandteile gegebenenfalls verschmutzt oder sogar zugesetzt werden kann. Hierdurch erhöht sich einerseits der von der Heizung in der Abgasbehandlungsvorrichtung bewirkte Strömungswiderstand für die Abgase. Außerdem wird die Heizleistung der Heizvorrichtung negativ beeinflusst, weil das Abgas aufgrund der Ablagerungen auf der Heizung nicht ausreichend geheizt werden kann.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung mit einer elektrischen Heizung vorgestellt werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlugsvorrichtung mit einer elektrischen Heizung zum Heizen eines Abgasstroms in der Abgasbehandlungsvorrichtung und mit einer Zufuhrstelle zur Zufuhr eines Additivs in die Abgasbehandlungsvorrichtung, so dass das Additiv auf die elektrische Heizung trifft, aufweisend die folgenden Schritte:
- a) Zufuhr von Additiv an der Zufuhrstelle;
- b) Feststellen eines Betriebszustands der Abgasbehandlungsvorrichtung, in dem Ablagerungen auf der elektrischen Heizung auftreten können, anhand zumindest einer Zustandsgröße;
- c) Festlegen einer Taktfrequenz in Abhängigkeit des Betriebszustands, wenn der in Schritt b) festgestellte Betriebszustand in einem vorgegebenen Betriebszustandsbereich liegt;
- d) Getaktetes Aktivieren und Deaktivieren der elektrischen Heizung mit der festgelegten Taktfrequenz, wenn der in Schritt b) festgestellte Betriebszustand in dem vorgegebenen Betriebszustandsbereich liegt.
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Die Abgasbehandlungsvorrichtung dient üblicherweise der Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine. Dazu ist die Abgasbehandlungsvorrichtung an die Verbrennungskraftmaschine angeschlossen.
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Die elektrische Heizung wird vorzugsweise mit einem elektrischen Strom betrieben, welcher insbesondere vom Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Die Heizung weist vorzugsweise einen elektrischen Heizkörper auf, welcher in der Abgasbehandlungsvorrichtung von dem Abgasstrom umströmbar ist und die beim Heizen produzierte Wärme daher an den Abgasstrom abgeben kann. Die Zufuhrstelle kann beispielsweise ein Ventil bzw. einen Injektor umfassen, mit welchem die der Abgasbehandlungsvorrichtung zugegebene Menge an Additiv reguliert werden kann.
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Gemäß dem beschriebenen Verfahren erfolgt zunächst eine Zufuhr des Additivs an der Zufuhrstelle. Die Zufuhr des Additivs erfolgt vorzugsweise unabhängig von der Heizung des Abgasstroms. Es wird vorzugsweise so viel Additiv zugeführt, wie von einer in der Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehenen Abgasreinigungskomponente (bspw. einem SCR-Katalysator, einem Oxidationskatalysator oder einem Adsorber) benötigt wird.
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In Schritt b) wird als Betriebszustand insbesondere ein aus verschiedenen Betriebsparametern der Abgasbehandlungsvorrichtung berechneter Wert oder ein aus verschiedenen Betriebsparametern zusammengestellte Parameterschar als Betriebszustand festgestellt. Dies kann beispielsweise anhand von Betriebsparametern geschehen, welche in der Abgasbehandlungsvorrichtung gemessen werden, wie beispielsweise anhand von Temperaturen. Es kann beispielsweise die Temperatur des Abgases selbst verwendet werden oder aber auch eine Temperatur einer Abgasleitung, welche das Abgas leitet. Eine solche Temperatur ist für die Temperatur des Abgases repräsentativ. Auch ist es möglich, dass ein Betriebsparameter der Abgasbehandlungsvorrichtung für den Betriebszustand aus verschiedenen Betriebsgrößen einer an die Abgasbehandlungsvorrichtung angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine berechnet wird. Beispielsweise lässt sich ein Massenstrom durch die Abgasbehandlungsvorrichtung aus einer von der Verbrennungskraftmaschine verbrannten Luft- und Kraftstoffmasse berechnen und als Betriebszustand für Schritt b) verwenden.
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In Schritt c) wird der in Schritt b) festgestellte Betriebszustand mit einem vorgegebenen Betriebszustandsbereich verglichen. Der Betriebszustandsbereich hat bestimmte Grenzbetriebszustände, zwischen welchen der vorgegebene Betriebszustandsbereich liegt. Wenn der in Schritt b) festgestellte Betriebszustand innerhalb dieser Betriebszustandsgrenzen liegt, liegt der in Schritt b) festgestellte Betriebszustand in dem vorgegebenen Betriebszustandsbereich. Der vorgegebene Betriebszustandsbereich ist vorzugsweise beidseitig durch Grenzwerte begrenzt und nicht einseitig offen.
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In einer einfachen Ausführungsvariante des Verfahrens ist der Betriebszustand eine in der Abgasbehandlungsvorrichtung gemessene Temperatur und der Betriebszustandsbereich ein vorgegebener Temperaturbereich. Beispielsweise kann der Betriebszustandsbereich bei 100°C beginnen und bis 180°C gehen. Der Betriebszustand liegt dann im vorgegebenen Betriebszustandsbereich, wenn die gemessene Temperatur im angegebenen Temperaturbereich liegt.
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Die Taktfrequenz wird vorzugsweise nach einer vorgegebenen Berechnungsformel aus den Betriebsparametern berechnet, welche den Betriebszustandsbereich kennzeichnen. In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, in welcher der Betriebszustand lediglich eine in der Abgasbehandlungsvorrichtung gemessene Temperatur ist, kann die Taktfrequenz beispielsweise als Funktion der Temperatur festgelegt werden.
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In Schritt d) erfolgt der Vergleich des in Schritt b) festgestellten (aktuellen/bevorstehenden) Betriebszustands mit dem vorgegebenen Betriebszustandsbereich vorzugsweise so wie in Schritt c). Das Aktivieren und Deaktivieren der Heizung erfolgt bei einer mit elektrischem Strom betriebenen Heizung durch ein Aktivieren und Deaktivieren des Stroms, welcher durch die Heizung fließt. Die in Schritt c) festgelegte Taktfrequenz ist vorzugsweise durch eine Wiederholrate (beispielsweise in Hertz angegeben) gekennzeichnet. Die Wiederholrate kann beispielsweise zwischen 1 Kilohertz (1000 Wiederholungen pro Sekunde) und 0,001 Hertz (alle 1000 Sekunden eine Wiederholung) liegen. Besonders bevorzugt ist eine Widerholrate zwischen 0,05 Hertz (alle 20 Sekunden) und 0,005 (als 200 Sekunden).
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Der vorgegebene Betriebszustandsbereich ist vorzugsweise ein Betriebszustandsbereich, in dem vermehrt Ablagerungen auf der Heizung auftreten. Der Betriebszustandsbereich ist beispielsweise ein Betriebszustandsbereich, in welchem eine erwünschte Umsetzungsreaktion des Additivs zwar teilweise stattfindet oder beginnt stattzufinden, aber nicht vollständig erfolgt und sich so Rückstände auf der Heizung bilden können. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, die Heizung dann getaktet so zu betreiben, dass die Ablagerungen bzw. die Rückstände des Additivs auf der Heizung umgesetzt und/oder verbrannt werden. Dies kann durch den getakteten Betrieb der Heizung mit besonders wenig Energieaufwand erreicht werden.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die Heizung einen elektrisch beheizbaren Wabenkörper umfasst. Ein solcher Wabenkörper weist beispielsweise eine Vielzahl von für das Abgas durchströmbaren Kanälen auf. Ein solcher Heizwabenkörper ist insbesondere mechanisch stabil und vor allem wesentlich stabiler als eine Heizung, welche aus in der Abgasbehandlungsvorrichtung aufgespannten Heizdrähten ausgebildet ist. Darüber hinaus hat ein solcher Wabenkörper eine besonders große Oberfläche, durch welche Wärme von dem Wabenkörper an das Abgas abgegeben werden kann. Problematisch ist gegebenenfalls, dass ein solcher Wabenkörper sehr kleine Kanäle hat, welche relativ leicht verstopfen können. Diese Kanäle können dann mit dem beschriebenen Verfahren gereinigt (bzw. Ablagerungen befreit) werden. Der beheizbare Wabenkörper kann zumindest teilweise mit einer wirksamen Beschichtung beschichtet sein. Eine wirksame Beschichtung kann Bestandteile des Abgases oder des Additivs umsetzen und/oder speichern.
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Weiterhin vorteilhaft ist das Verfahren, wenn das Additiv ein Reduktionsmittel ist und in einer Abgasströmungsrichtung hinter der Zufuhrstelle zumindest ein SCR-Katalysator in der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist.
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Die Abgasbehandlungsvorrichtung, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann, umfasst neben der Heizung vorzugsweise beispielsweise einen SCR-Katalysator, einen Speicherkatalysator, einen Oxidationskatalysator und/oder einen Adsorber.
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In dem SCR-Katalysator findet das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion statt. Als Additiv wird dann Reduktionsmittel, vorzugsweise flüssige Harnstoff-Wasser-Lösung, zugeführt. Ein typisches als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion verwendetes Additiv ist eine 32,5-%ige Harnstoff-Wasser-Lösung, welche unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich ist. Eine solche Lösung bildet besonders fest sitzende Ablagerungen, wenn die Temperatur nur zur teilweisen Umsetzung der Lösung in Ammoniak ausreicht und insbesondere nicht ausreicht, um die Lösung vollständig zu verdampfen. Dann verbleibt ein Teil des Harnstoffes aus der Lösung als Ausscheidung auf den Flächen, auf die das nicht verdampfte, flüssige Reduktionsmittel in der Abgasbehandlungsvorrichtung trifft. In einem Speicherkatalysator kann Ammoniak für die selektive, katalytische Reduktion zwischengespeichert werden. Ein Speicherkatalysator und einen SCR-Katalysator können gemeinsam in einem Wabenkörper realisiert sein, wobei der Wabenkörper eine Beschichtung aufweist, welche sowohl Ammoniak speichernde Komponenten als auch Komponenten zur Begünstigung der selektiven katalytischen Reduktion aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abgasbehandlungsvorrichtung einen Oxidationskatalysator und/oder einen Adsorber. Wenn in der Abgasbehandlungsvorrichtung ein Oxidationskatalysator und/oder ein Adsorber eingesetzt sind, wird als Additiv vorzugsweise Kohlenwasserstoff, insbesondere Kraftstoff (bzw. der für die angeschlossene Verbrennungskraftmaschine verwendete Kraftstoff) zugeführt. Mithilfe der Kohlenwasserstoffe wird die Temperatur in der Abgasbehandlungsvorrichtung erhöht. Dazu werden die Kohlenwasserstoffe auf einem hierfür vorgesehenen Katalysator (vorzugsweise ein Platinkatalysator) verbrannt. Durch die erhöhte Temperatur können bestimmte Umsetzungsreaktionen in dem Oxidationskatalysator aktiviert werden bzw. es wird ermöglicht, den Adsorber von dem eingelagerten Abgasbestandteilen zu befreien. Ein Adsorber hat die Aufgabe, insbesondere während des Kaltstarts einer Verbrennungskraftmaschine die Schadstoffe, welche von der Verbrennungskraftmaschine erzeugt werden, zumindest zeitweise zwischenzuspeichern. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Temperatur der Abgasbehandlugsvorrichtung während des Kaltstarts noch niedrig ist und bestimmte Umsetzungsreaktionen in der Abgasbehandlungsvorrichtung daher noch nicht stattfinden können. Später, wenn die Temperatur in der Abgasbehandlungsvorrichtung über bestimmte Schwelltemperaturen gestiegen ist, können die in dem Adsorber gespeicherten Schadstoffe freigegeben/umgesetzt werden.
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Die Beschichtung für einen Adsorber, einen Oxidationskatalysator, einen SCR-Katalysator und/oder einen Speicherkatalysator kann auch zumindest teilweise auf dem elektrisch beheizbaren Wabenkörper vorgesehen sein.
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Auch vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in Schritt b) zumindest eine der folgenden Zustandsgrößen zum Feststellen des Betriebszustands verwendet wird:
- – zumindest eine Temperatur;
- – ein Massenstrom des Additiv durch die Zufuhrstelle in die Abgasbehandlungsvorrichtung hinein; und
- – ein Massenstrom des Abgasstroms in der Abgasbehandlungsvorrichtung.
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Die Temperatur kann beispielsweise eine in der Abgasbehandlungsvorrichtung gemessene Abgastemperatur und/oder eine Temperatur einer Wand der Abgasbehandlungsvorrichtung sein. Die Temperatur ist für die Bildung von Ablagerungen besonders relevant, weil die Umsetzungsreaktion, mit welcher das Additiv umgesetzt wird, maßgeblich von der Temperatur abhängt und damit auch die Bildung von Ablagerung von der Temperatur abhängt. Der Massenstrom des Additivs bestimmt im Wesentlichen, wie schnell und wie viele Ablagerung sich auf der Heizung bilden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, die Taktfrequenz zu erhöhen, wenn der Massenstrom des Additivs erhöht ist. Der Massenstrom wirkt auf die Ablagerungen erosiv. Daher ist es auch vorteilhaft, den Massenstrom des Abgasstroms in der Abgasbehandlungsvorrichtung für das Verfahren zu berücksichtigen. Besonders bevorzugt werden alle drei genannten Parameter für das Verfahren verwendet.
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Auch vorteilhaft ist das beschriebene Verfahren, wenn in Schritt c) neben der Taktfrequenz auch eine Heizperiode festgelegt wird, mit welcher die Heizung während der Taktlänge der Taktfrequenz jeweils betrieben wird.
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Die Heizperiode ist vorzugsweise durch eine Heizdauer gekennzeichnet. Die Heizperiode kann beispielsweise zwischen 1 Millisekunde und 20 Millisekunden lang sein.
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Eine solche Heizperiode reicht aus, um die Ablagerungen auf der Heizung effektiv zu beseitigen (bzw. abzubrennen). Gleichzeitig ist der Eintrag an Heizenergie in die Abgasbehandlungsvorrichtung noch relativ gering. Es tritt insbesondere keine signifikante Erhöhung der Abgastemperatur auf. Durch eine Anpassung der Heizperiode kann erreicht werden, dass genau so viel Heizenergie in die Abgasbehandlungsvorrichtung eingebracht wird, wie zum Abbrennen der vorhandenen Ablagerungen tatsächlich notwendig ist. Die Taktlänge gibt das Zeitintervall vom Beginn einer Heizperiode zu dem Beginn der nächsten Heizperiode an und ergibt sich beispielsweise als Kehrwert der Taktfrequenz.
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Darüber hinaus ist das Verfahren vorteilhaft, wenn die Taktfrequenz so gewählt ist, dass die Heizung zu weniger als 20 Prozent der Betriebszeit der Abgasbehandlungsvorrichtung aktiviert ist, während der Betriebszustand der Abgasbehandlungsvorrichtung in dem vorgegebenen Betriebszustandsbereich liegt. Vorzugsweise ist die Heizung sogar zu weniger als 10% und besonders bevorzugt zu weniger als 5% aktiviert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird über die Betriebszeit gemittelt vorzugsweise eine Heizleistung von weniger als 500 Watt, bevorzugt weniger als 100 Watt und besonders bevorzugt weniger als 50 Watt in die Abgasbehandlungsvorrichtung eingebracht. So kann ein besonders energiesparender Betrieb des Verfahrens realisiert werden und trotzdem werden Ablagerungen auf der Heizung effektiv entfernt.
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Außerdem ist das Verfahren vorteilhaft, wenn eine Temperatur des Abgasstroms in der Abgasbehandlungsvorrichtung durch den getakteten Betrieb der Heizung um weniger als 15°C, vorzugsweise weniger als 5°C und besonders bevorzugt weniger als 2°C angehoben wird. Durch einen derartigen Betrieb der Heizung nur zu einem geringen Zeitanteil der Betriebszeit und mit einer geringen Anhebung der Temperatur des Abgasstroms kann ein besonders energiesparender Betrieb des Verfahrens realisiert werden, bei welchem trotzdem Ablagerungen auf der Heizung effektiv entfernt werden.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die Zufuhrstelle in einer Abgasströmungsrichtung durch die Abgasbehandlungsvorrichtung vor der Heizung angeordnet ist und das Additiv mit der Abgasströmungsrichtung zugegeben wird. Das Additiv trifft dann auf die Heizung, wobei das Additiv vorzugsweise noch in flüssiger Form (noch nicht verdampft) auf die Heizung trifft. Das flüssige Additiv trifft vorzugsweise in Tropfenform auf die Heizung. Wenn das flüssige Additiv Reduktionsmittel (und insbesondere Harnstoff-Wasser-Lösung ist), kann es an der Heizung zumindest teilweise chemisch umgesetzt werden. Umsetzungsprodukt ist vorzugsweise Ammoniak. Wenn die chemische Umsetzung (beispielsweise aufgrund von niedrigen Abgastemperaturen) nicht vollständig stattfindet, können Ablagerungen auf der Heizung gebildet werden. Diese Ablagerungen bestehen beispielsweise aus kristallinem Harnstoff. Die Ablagerungen können durch das beschriebene Verfahren beispielsweise abgetragen und/oder aufgelöst werden.
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In Ammoniak umgesetztes Reduktionsmittel wird vorzugsweise in einem Speicher zwischengespeichert um später für die Reduktion von Schadstoffen im Abgas genutzt zu werden. Der Speicher kann beispielsweise in einem SCR-Katalysator als Beschichtung vorgesehen sein. Die Beschichtung bindet den Ammoniak vorrübergehend. Wenn der Speicher voll (bzw. vollständig beladen) ist, kann zusätzlich in der Abgasbehandlungsvorrichtung vorliegender Ammoniak (bzw. zusätzlich zugeführtes Reduktionsmittel) auch Ablagerungen bilden. Auch diese Ablagerungen können mit dem beschriebenen Verfahren beispielsweise abgetragen und/oder aufgelöst werden.
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Auch vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die Zufuhrstelle in einer Abgasströmungsrichtung durch die Abgasbehandlungsvorrichtung hinter der Heizung angeordnet ist und das Additiv entgegen der Abgasströmungsrichtung zugegeben wird. Das flüssige Additiv wird vorzugsweise mit einem Druck zugeführt, welcher ausreichend ist, damit das flüssige Additiv an der Zufuhrstelle derart beschleunigt wird, dass es entgegengesetzt zu der Abgasströmung durch die Abgasbehandlungsvorrichtung bis hin zu der Heizung gelangt. Auch bei dieser Ausführungsvariante können Ablagerungen auftreten, die durch das beschriebene Verfahren abgetragen und/oder aufgelöst werden können.
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Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine sowie eine Kontrolleinheit, welche dazu konzipiert und eingerichtet ist, die Abgasbehandlungsvorrichtung nach dem beschriebenen Verfahren zu betreiben.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine erste Ausführungsvariante einer Abgasbehandlungsvorrichtung;
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2: eine zweite Ausführungsvariante einer Abgasbehandlungsvorrichtung;
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3: eine dritte Ausführungsvariante einer Abgasbehandlungsvorrichtung;
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4: eine vierte Ausführungsvariante einer Abgasbehandlungsvorrichtung;
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5: ein Blockdiagramm, welches den Ablauf des beschriebenen Verfahrens zeigt;
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6: ein Diagramm, welches den Betrieb einer Abgasbehandlungsvorrichtung zeigt;
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7: einen beheizbaren Wabenkörper.
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Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsvarianten einer Abgasbehandlungsvorrichtung, welche nach dem beschriebenen Verfahren betrieben werden kann, deren gemeinsame Merkmale hier zunächst gemeinsam erläutert werden sollen. Gezeigt ist jeweils die Abgasbehandlungsvorrichtung 1 in einem Kraftfahrzeug 14, welches eine Verbrennungskraftmaschine 15 aufweist. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 1 ist dazu eingerichtet und vorgesehen, die von der Verbrennungskraftmaschine 15 produzierten Abgase zu reinigen. Die Abgase durchströmen die Abgasbehandlungsvorrichtung 1 mit einer Abgasströmungsrichtung 9. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 ist jeweils eine Zufuhrstelle 3 vorgesehen, über welche ein Additiv zugeführt werden kann. Die Zufuhrstelle 3 wird von einer Additivversorgung 24 mit Additiv versorgt und kann eine Düse, ein Ventil, einen Injektor oder dergleichen umfassen. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 ist jeweils ein als beheizbarer Katalysatorträger 8 ausgeführte Heizung 2 zur Heizung der Abgase in der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 vorgesehen. Die Heizung 2 wird von einer Kontrolleinheit 16 gesteuert, welche die Heizung 2 (durch Bestromung) aktivieren und deaktivieren kann.
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Bei den Ausführungsvarianten gemäß den 1 und 2 ist in der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 in Abgasströmungsrichtung 9 hinter der Zufuhrstelle 3 (und insbesondere auch hinter der Heizung 2) jeweils ein SCR-Katalysator 10 vorgesehen, in welchem das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion durchgeführt werden kann. Als Additiv wird bei den Ausführungsvarianten gemäß den 1 und 2 jeweils Reduktionsmittel und insbesondere Harnstoff-Wasser-Lösung zugeführt. Bei der Ausführungsvariante gemäß 1 ist die Zufuhrstelle 3 in Abgasströmungsrichtung 9 vor der Heizung 2 angeordnet. Bei der Ausführungsvariante gemäß 2 ist die Zufuhrstelle 3 in Abgasströmungsrichtung 9 hinter der Heizung 2 angeordnet.
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In der Ausführungsvariante gemäß 3 ist in Abgasströmungsrichtung 9 in der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 hinter der Zufuhrstelle 3 (und bevorzugt auch hinter der Heizung 2) ein Adsorber 19 (insbesondere ein Adsorberkatalysator) vorgesehen, in welchem bestimmte Schadstoffbestandteile, welche im Abgas der Verbrennungskraftmaschine 15 sind, zwischengespeichert werden können. Als Additiv wird bei dieser Ausführungsvariante über die Zufuhrstelle 3 vorzugsweise Kohlenwasserstoff (bzw. insbesondere Kraftstoff) zugeführt.
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Bei der Ausführungsvariante gemäß 4 ist in der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 in Abgasströmungsrichtung 9 hinter der Zufuhrstelle 3 (und bevorzugt auch hinter der Heizung 2) ein Oxidationskatalysator 20 vorgesehen, in welchem bestimmte Schadstoffe im Abgas der Verbrennungskraftmaschine 15 umgesetzt werden können. Als Additiv wird bei dieser Ausführungsvariante an der Zufuhrstelle 3 vorzugsweise Kohlenwasserstoff (und insbesondere Kraftstoff) zugeführt, welcher in der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 verbrannt werden kann, um die Temperatur in dem Oxidationskatalysator 20 zu erhöhen und so bestimmte Umsetzungsreaktionen in dem Oxidationskatalysator 20 zu aktivieren.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsvariante des beschriebenen Verfahrens. Dargestellt sind die Verfahrensschritte a), b), c) und d), welche aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Die Verfahrensschritte a), b), c) und d) können zusammen nach Art einer Schleife wiederholt werden. In Schritt a) erfolgt zunächst eine Zugabe von Additiv. Die Zugabe von Additiv in Schritt a) ist eine Voraussetzung dafür, dass die folgenden Verfahrensschritte b), c) und d) eingeleitet werden. Das beschriebene Verfahren wird vorzugsweise immer dann ausgeführt, wenn eine Zufuhr von Additiv in die Abgasbehandlungsvorrichtung erfolgt. Die Verfahrensschritte b), c), und d) müssen nicht für jede Durchführung des Verfahrensschritt a) durchgeführt werden Es reicht beispielsweise aus, wenn die Verfahrensschritte so regelmäßig durchgeführt werden, dass Ablagerungen auf der Heizung rechtzeitig erkannt und mit dem Verfahren beseitigt werden können. Im Verfahrensschritt b) wird aus verschiedenen Zustandsgrößen 5 der Abgasbehandlungsvorrichtung ein Betriebszustand 4 ermittelt bzw. berechnet. Dieser Betriebszustand 4 wird von dem Verfahrensschritt b) für die Verfahrensschritte c) und d) zur Verfügung gestellt. In Verfahrensschritt c) werden, wenn der Betriebszustand 4 in einem bestimmten Betriebszustandsbereich liegt, eine Taktfrequenz 6 und eine Heizperiode 11 (bzw. eine Heizperiodenlänge) bestimmt. Auch die Taktfrequenz 6 und die Heizperiode 11 werden für den Schritt d) zur Verfügung gestellt. In dem Verfahrensschritt d) wird eine Heizung in einer Abgasbehandlungsvorrichtung dann mit der Taktfrequenz 6 und der Heizperiode 11 betrieben, wenn der Betriebszustand 4 in einem bestimmten Betriebszustandsbereich liegt.
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6 zeigt ein Diagramm des Betriebs einer Abgasbehandlungsvorrichtung 1 nach einem der hier beschriebenen Verfahren. Auf der waagerechten Achse ist eine Betriebszeit 13 einer Abgasbehandlungsvorrichtung 1 bzw. einer an die Abgasbehandlungsvorrichtung 1 angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine 15 aufgetragen. Auf der senkrechten Achse ist der Betriebszustand 4 der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 aufgetragen.
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Markiert ist auch ein Betriebszustandsbereich 7. Für das Zeitintervall 17 liegt der Betriebszustand 4 in dem Betriebszustandsbereich 7. In dem Zeitintervall 17 wird daher die Abgasbehandlungsvorrichtung 1 nach dem beschriebenen Verfahren betrieben. Eine Heizung 2 wird dabei mit einer Taktfrequenz 6 und einer sich daraus ergebenden Taktlänge 12 getaktet betrieben, wobei in jeder Taktlänge 12 eine Heizperiode 11 vorgesehen ist. Zur Veranschaulichung der Auswirkung der Heizung ist in der 6 auch ein Heizungstemperatur 18 vorgesehen. Die Heizungstemperatur 18 registriert immer dann Ausschläge, wenn die Heizung 2 aktiviert ist. Die Ausschläge der Heizungstemperatur 18 sind gerade so stark gewählt, dass Ablagerungen auf der Heizung 2 effektiv abgebrannt werden bzw. abgetragen werden.
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7 zeigt eine als beheizbarer Wabenkörper
8 ausgeführte Heizung
2. Der Wabenkörper
8 ist s-förmig ausgeführt und weist Kanäle
21 auf, welche für das Abgas durchströmbar sind. Der Wabenkörper
8 ist aus s-förmig gewundenen einem Packet an glatten und gewellten metallischen Lagen (vorzugsweise Folien) hergestellt. Um mechanisch stabil zu sein weil ein solcher Wabenkörper
8 vorzugsweise mit elektrisch isolierten Stützstiften an einem hier nicht dargestellten Stützwabenkörper abgestützt. An dem Wabenkörper
8 sind Anschlüsse
23 vorgesehen, um einen elektrischen Heizstrom in den Wabenkörper
8 einzuleiten. Der Wabenkörper
8 weist eine als Spalt oder mit Isoliermaterial ausgeführte Isolierung
22 auf, die einen Strompfad durch den Wabenkörper
8 vorgibt über welchen die Anschlüsse
23 miteinander verbunden sind. Der Aufbau eines solchen beheizbaren Wabenkörpers
8 ist beispielsweise in der Europäischen Patentschrift
EP 0 541 585 B1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hier vollumfänglich in Bezug genommen wird. Wenn die Kanäle
21 des Katalysatorträgers
8 durch Ablagerungen verstopft sind, durchströmt das Abgas weniger. Dadurch ergibt sich ein erhöhter Gegendruck der Abgasbehandlungsvorrichtung
1 und eine effektive Aufheizung des Abgasstroms durch den Wabenkörper
8 wird verhindert.
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Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, eine Heizung in einer Abgasbehandlungsvorrichtung 1 so zu betreiben, dass Ablagerungen auf der Heizung 2 effektiv vermieden bzw. entfernt werden, ohne dass ein unnötig großer Einsatz von Heizenergie notwendig ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasbehandlungsvorrichtung
- 2
- Heizung
- 3
- Zufuhrstelle
- 4
- Betriebszustand
- 5
- Zustandsgröße
- 6
- Taktfrequenz
- 7
- Betriebszustandsbereich
- 8
- Wabenkörper
- 9
- Abgasströmungsrichtung
- 10
- SCR-Katalysator
- 11
- Heizperiode
- 12
- Taktlänge
- 13
- Betriebszeit
- 14
- Kraftfahrzeug
- 15
- Verbrennungskraftmaschine
- 16
- Kontrolleinheit
- 17
- Zeitintervall
- 18
- Heizungstemperatur
- 19
- Adsorber
- 20
- Oxidationskatalysator
- 21
- Kanal
- 22
- Isolierung
- 23
- Anschluss
- 24
- Additivversorgung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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